(57)【要約】    【課題】最近のＧＭＲ素子はディスクとの接触で出力低下や出力反転といった特性劣化を引き起こす割合が比較的多くなってきており、機械的ショックに対する信頼性を高める必要がある。    【解決手段】ＧＭＲヘッド１０の出力低下や出力反転といった現象は、固定層２１の磁化方向の劣化と考えられる。製造段階あるいは製造後にＧＭＲセンサ１１に１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加し、トランスファーカーブを検査することで、トランスファーカーブにヒステリシスが現れない磁気特性を有するＧＭＲヘッド１０を得る。このＧＭＲヘッド１０は、機械的応力を受けてもＧＭＲセンサ１１の特性変化を起こさない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有し、媒体対向面に磁場強度が±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化にヒステリシスを持たない磁気特性を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項２】
前記固定層は前記反強磁性層に隣接して配置された第１の強磁性層と反強磁性結合層と第２の強磁性層とを有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項３】
前記交番磁界の磁界強度は±約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項４】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出することを請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項５】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出することを請求項１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項６】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有し、媒体対向面に磁場強度が１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の正の磁界と負の磁界を印加した後に、前記磁場強度よりも小さな磁場強度の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化曲線の傾きが反転しない磁気特性を有することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項７】
前記固定層は前記反強磁性層に隣接して配置された第１の強磁性層と反強磁性結合層と第２の強磁性層とを有することを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項８】
前記正と負の磁界強度は約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）であることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項９】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出することを請求項６記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１０】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出することを請求項６記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１１】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに、媒体対向面から磁場強度が±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化を測定することにより、当該センサのヒステリシスの度合いを検査することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１２】
前記交番磁界の磁界強度は±約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）であることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１３】
前記交番磁界は、永久磁石により発生させることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１４】
前記交番磁界は、永久磁石を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドに対して相対的に回転させて発生させることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１５】
前記交番磁界は、一対の永久磁石のＮ極とＳ極を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドを挟んで対向して配置し、前記一対の永久磁石を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドに対して相対的に回転させて発生させることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの検査方法。
【請求項１６】
Ｎ極とＳ極を対向させた永久磁石対を極性の向きを反対にして並べ、該永久磁石対の対向する極性の間に前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドを配置し移動させることにより、当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドに交番磁界を印加することを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの検査方法。
【請求項１７】
磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに、媒体対向面から磁場強度が１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の正の磁界と負の磁界を印加した後に、前記磁場強度よりも小さな磁場強度の交番磁界を印加して前記センサの抵抗変化を測定することにより、当該センサの抵抗変化曲線の傾きを検査することを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１８】
前記正と負の磁界強度は約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）であることを特徴とする請求項１７記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項１９】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出することを請求項１７記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【請求項２０】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出することを請求項１７記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係り、特にスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）のスピンバルブ膜（センサ）の構成及び磁気特性の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置（ＨＤＤ）の記録密度の向上に伴い、再生ヘッドとして使用される磁気抵抗効果型磁気ヘッドには益々高感度化が求められ、近年は高出力の期待できるスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドが一般的に採用されるようになった。スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドは自由層、非磁性導電層、固定層、反強磁性層からなる薄膜積層デバイスである。自由層と固定層は非磁性導電層を挟むように配置され、反強磁性層は非磁性導電層と反対面に固定層と接するように配置される。自由層は単層又は複数層からなる強磁性薄膜で構成され、ディスク媒体に記録された信号磁界の変化を受けることで、その磁化方向は容易に回転する。非磁性導電層はＣｕ等の非磁性導電材料からなる。固定層は単層又は複数層からなる強磁性薄膜で構成され、固定層の膜面片側を反強磁性材料からなる反強磁性層と磁気的に結合させることにより磁化方向を固定させる。スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドは自由層と固定層との磁化方向のなす相対角度にて抵抗変化する性質をもつ。スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドへ所定の検出電流を流し磁界変化による抵抗変化を電気的な信号として検出することで磁気ディスク媒体の磁気信号を再生することができる。
【０００３】
スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドを形成するプロセスには、偶発的に静電気的な放電（ＥＳＤ）や電気的オーバーストレス（ＥＯＳ）や機械的な衝撃が加わることがあり、スピンバルブ膜のダメージにより磁気的な特性が変化している可能性がある。したがって、スピンバルブ膜を製膜した段階やスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドを製造した段階において、磁気的な特性の評価が行われている。
【０００４】
スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドの特性の評価方法は、特許文献１に記載されているように、磁気ヘッドに外部から変化する磁界を印加して、磁界変化に対する磁気ヘッドの電圧変化を測定することにより、微分信号を生成し、微分信号における高周波成分のみ抽出して、フィルタリング信号を生成し、フィルタリング信号に基づいて磁気ヘッドの特性を検査する方法が一般的に知られている。また、特許文献２には、磁気抵抗効果型ヘッドに対して磁界が印加されている状態と、印加されていない状態におけるヘッド両端電圧を計測し、計測した両端電圧を互いに比較してヘッドが破壊されているか否かを判断する評価方法が記載されている。また、特許文献３には、磁気抵抗効果型磁気ヘッドに外部磁界を縦バイアス磁界とは逆方向に印加したときに、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの電気抵抗が所定の範囲内かどうかを測定して評価する方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６３７２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７４０７号公報
【特許文献３】特開２０００−１１３４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気ディスク装置の記録密度を上昇させる為には、磁気ディスク媒体上に記録する信号をより小さくすることになる。すなわち記録密度の上昇は記録トラック幅とビット長とを狭小化させることで達成される。これらに合わせる形で磁気ヘッドでも記録素子、再生素子共にサイズダウンが求められる。再生素子として用いられるスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドでは、自由層、非磁性導電層、固定層、反強磁性層のサイズを縮小させることになる。体積の減少は素子そのものの持つエネルギーの減少であり、特に固定層磁化方向を固定させている反強磁性層との交換結合エネルギーは低下し、磁化方向を維持しにくくなっている。
【０００７】
また、サイズ縮小に伴い、最近のスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドは、ランプロード／アンロード、あるいはＨＤＤを振る、落とす等を行った時のディスクとの接触で特性劣化を引き起こしやすくなってきている。これらは機械的な衝撃によるものであり、ヘッド素子への応力による影響でヘッド素子の特性が変化することを示している。現象としては出力低下や出力反転として観察され、固定層磁化方向の変化と考えられることが分かった。しかしこれらのヘッドは、機械的な衝撃を加えない場合はなんら変化を示さない。このようなヘッドを製品適用すると、何らかのタイミングで機械的な衝撃が加わった場合に特性劣化を引き起こしてしまうことになる。
【０００８】
上記従来の評価方法は、出力やノイズなど自由層のふるまいについて検査選別を行うものであり、機械的ダメージによる固定層の特性の変化を検査することを意図したものではない。
【０００９】
本発明の目的は、機械的な衝撃が加わった場合でも出力低下や出力反転しない磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、固定層の磁気特性の変化を検査する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有し、媒体対向面に磁場強度が±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化にヒステリシスを持たない磁気特性を有することを特徴とする。
【００１２】
前記固定層は前記反強磁性層に隣接して配置された第１の強磁性層と反強磁性結合層と第２の強磁性層とを有する。
【００１３】
前記交番磁界の磁界強度は±約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）である。
【００１４】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出する。
【００１５】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出しても良い。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有し、媒体対向面に磁場強度が１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の正の磁界を印加した後と負の磁界を印加した後に、前記磁場強度よりも小さな磁場強度の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化曲線の傾きが反転しない磁気特性を有することを特徴とする。
【００１７】
前記固定層は前記反強磁性層に隣接して配置された第１の強磁性層と反強磁性結合層と第２の強磁性層とを有する。
【００１８】
前記正と負の磁界強度は約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）である。
【００１９】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出する。
【００２０】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出するようにしても良い。
【００２１】
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法においては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに、媒体対向面から磁場強度が±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの前記センサの抵抗変化を測定することにより、当該センサの抵抗変化曲線傾きの度合いを検査することを特徴とする。
【００２２】
前記交番磁界の磁界強度は±約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）である。
【００２３】
前記交番磁界は、永久磁石により発生させる。
【００２４】
前記交番磁界は、永久磁石を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドに対して相対的に回転させて発生させる。
【００２５】
前記交番磁界は、一対の永久磁石のＮ極とＳ極を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドを挟んで対向して配置し、前記一対の永久磁石を前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドに対して相対的に回転させて発生させても良い。
【００２６】
Ｎ極とＳ極を対向させた永久磁石対を極性の向きを反対にして並べ、該永久磁石対の対向する極性の間に前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドを配置し移動させることにより、当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドに交番磁界を印加するようにしても良い。
【００２７】
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気特性検査方法においては、磁気記録媒体からの磁界により磁化方向が変化する単層又は複数層からなる自由層と、磁化方向が固定された単層又は複数層からなる固定層と、前記自由層と前記固定層の間に挿入された非磁性導電層と、前記固定層の磁化方向を固定する反強磁性層とを有するセンサと、該センサの両端部に配置された磁区制御層と、該磁区制御層の上部に配置された電極層と、前記センサ、磁区制御層及び電極層の上下に配置された下部磁気シールド層及び上部磁気シールド層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに、媒体対向面から磁場強度が１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の正の磁界と負の磁界を印加した後に、前記磁場強度よりも小さな磁場強度の交番磁界を印加して前記センサの抵抗変化を測定することにより、当該センサのヒステリシスの度合いを検査することを特徴とする。
【００２８】
前記正と負の磁界強度は約１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）である。
【００２９】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電流を流し、電圧変化として検出する。
【００３０】
前記センサの抵抗変化は、前記センサに定電圧を印加し、電流変化として検出するようにしても良い。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、機械的な衝撃が加わった場合でも出力低下や出力反転しない磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することができる。
【００３２】
また、製造工程の任意の段階において固定層の磁気特性の変化を検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。まず図６を参照してスピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）の構成を説明する。ＧＭＲヘッド１０は、ＧＭＲセンサ（スピンバルブ膜）１１と、スピンバルブ膜１１の両端部に配置された下地層１２と磁区制御層（永久磁石）１３と電極層１４の積層構造と、これらを挟むように配置された下部磁気シールド層１５と上部磁気シールド層１６とを有する。下地層１２と永久磁石１３と電極層１４の積層構造は、スピンバルブ膜内部に圧縮応力を生じるような力（白抜きの矢印で示す）を加えていると考えられる。
【００３４】
スピンバルブ膜１１のトラック幅方向（Ｘ方向）から見た図を図７に示す。スピンバルブ膜１１は反強磁性層（ＡＦＭ）２０上に第１の強磁性層（ＡＰ１）２２が積層され、ＡＰ１上に反強磁性結合層（ＡＦＣ）２３が積層され、ＡＦＣ上に第２の強磁性層（ＡＰ２）２４が積層され、ＡＰ２上に非磁性導電層（スペーサ層）２５が積層され、スペーサ層２５上に自由層（Ｆｒｅｅ）２６が積層され、Ｆｒｅｅ上に保護層（Ｃａｐ）２７が形成されている。ＡＦＣを挟むＡＰ１とＡＰ２で固定層２１を構成している。これらの層のうち磁性材料は、ＡＦＭ、ＡＰ１、ＡＰ２及びＦｒｅｅであり、これらには、磁気モーメントの方向を矢印で示してある。
【００３５】
ＡＦＭ内部では、原子レベルの周期で磁気モーメントが互いに反平行を向いており、ＡＦＭは自発磁化を持たず外部磁界に対して直接相互作用しない。隣接するＡＰ１を交換結合力により安定に固定することが求められるために、ＡＦＭを構成する各結晶は大きな結晶磁気異方性を有し、磁気構造を容易に変化させないことが求められる。結晶磁気異方性エネルギー定数をＥｋ（ＡＦＭ）として表す。結晶内部の磁化の容易方向（主軸）は結晶の対称性に応じて２回対称軸であったり、３回対称軸であったりする可能性がある。また、ＡＦＭは多結晶系でその方位はランダムである。ＡＰ１磁気モーメントとの交換結合定数が正とすると、ＡＦＭの界面の原子磁気モーメントは各結晶内部でＭＲハイト方向（ｈＭＲ）に最も近い容易軸を向いていると考えられる。
【００３６】
ＡＦＭとＡＰ１の界面には交換相互作用が働き磁気的に結合している。ＡＰ１からみると、ＡＦＭから大きな一方向のバイアス磁界をＭＲハイト方向に受ける。ＡＦＭとＡＰ１の交換結合エネルギー定数をＥｕで表す。
【００３７】
ＡＰ１は強磁性であり、その磁気モーメントをＭ（ＡＰ１）で表す。また、図６に示したようにスピンバルブ膜１１にはトラック幅方向に圧縮応力が働くために、磁気弾性効果による応力誘起の一軸異方性が生じる。ＡＰ１の磁歪は正であるため、その向きはＭＲハイト方向と考えられる。一軸異方性エネルギー定数をＥｋ（ＡＰ１）とする。ここで、エネルギー定数及び磁気モーメントはすべて単位面積あたりである。
【００３８】
ＡＰ１上には反強磁性結合層（ＡＦＣ）２３が積層され、ＡＦＣ上には強磁性層（ＡＰ２）２４が積層される。ＡＦＣはＲＫＫＹ相互作用によりＡＰ１とＡＰ２の磁化を反平行結合させる働きをする。ＡＰ１とＡＰ２の交換結合エネルギー定数をＥｊで表す。
【００３９】
ＡＰ２はＡＰ１と同様に強磁性であり、その磁気モーメントをＭ（ＡＰ２）で表す。また、ＡＰ１と同様に磁気弾性効果による応力誘起の一軸異方性がＭＲハイト方向に生じる。一軸異方性エネルギー定数をＥｋ（ＡＰ２）とする。
【００４０】
ＡＰ２に接して導電性のスペーサ層２５が積層され、スペーサ層上に自由層（Ｆｒｅｅ）２６が積層される。ＡＰ２とＦｒｅｅとの間には弱い交換結合が存在する。そのエネルギー定数をＥｉｎｔで表す。
【００４１】
Ｆｒｅｅは強磁性であるのでその磁気モーメントをＭ（Ｆｒｅｅ）で表す。また、Ｆｒｅｅにはトラック幅方向に一軸異方性を誘起させる。さらに、隣接する永久磁石１３からの磁界もトラック幅方向に印加される。永久磁石１３からの磁界は一方向性であるが、ＭＲハイト方向の磁化過程には一方向性も一軸異方性も同じに見てよいのでこれらを合わせてトラック幅方向の一軸異方性エネルギー定数をＥｋ（Ｆｒｅｅ）で表す。図８には各異方性の容易軸方位を示す。
【００４２】
以上に示すパラメータをまとめて図７に示す。これらのパラメータがスピンバルブ膜１１の特性を表現する。特に、固定層２１の特性は、Ｅｊ、Ｅｕ、Ｍ（ＡＰ１）、Ｍ（ＡＰ２）、Ｅｋ（ＡＰ１）、Ｅｋ（ＡＰ２）、Ｅｋ（ＡＦＭ）、α、β、γ、φによって決定される。ここで、ＭＲハイト方向をＹ方向として図９に示すように、αはＡＰ１磁化のＹ方向とのなす角度、βはＡＰ２磁化のＹ方向とのなす角度、γは各ＡＦＭ結晶のＡＰ１界面原子磁気モーメントのＹ方向とのなす角度、φはＦｒｅｅ磁化のＹ方向とのなす角度である。
【００４３】
上記ＧＭＲヘッド１０において、固定層２１は３層構造としたが、もちろん４層以上の複数層でも良いし、強磁性薄膜の単層でも良い。また、自由層２６は単層としたが、強磁性薄膜を複数積層した構造であっても良い。
【００４４】
上記構成のＧＭＲヘッド１０に、機械的な衝撃が加わった場合でも磁気特性が劣化しないようにするためには、スピンバルブ膜１１が製造プロセス中に、特に出力反転、出力低下に関してＥｕ，Ｅｊ，Ｅｋを低下させるダメージを受けていないことが要求される。
【００４５】
図１０に固定層の磁化反転が発生する際のＡＦＭ内部の磁気モーメントの様子を示す。ＡＦＭの内部の磁気構造はコヒーレントな状態を仮定する。すなわち、ＡＦＭの原子磁気モーメントはそれぞれ平行と反平行のモーメントを有する副格子を形成し、各副格子での原子磁気モーメントは全て同じ方向を向いているとする。固定層の磁界中アニール後のＡＦＭの磁気構造状態を左の図に示す。例えばプロセスダメージが加わって磁化反転が発生した後のＡＦＭの磁気構造状態を右の図に示す。ＡＦＭの磁気容易軸は３回対称を仮定している。固定層アニール後では、左の図のようにＡＦＭの界面を含む副格子の磁気モーメントは各結晶で印加磁界方向、すなわちＭＲハイト方向（ｈＭＲ）に最も近い容易軸方向を向いており、界面を含む副格子の平均の磁気モーメントはほぼＭＲハイト方向となっている。これによりＡＰ１磁気モーメントもＭＲハイト方向になる。ところが、何らかの大きな衝撃エネルギーが加わると各結晶のなかで副格子の磁化方位が乱される。すなわち各結晶内でＭＲハイト方向に最も近い容易軸を向いていた界面を含む副格子磁気モーメントがエネルギー障壁を越えて別の容易軸に飛び移る。図の例では６個の結晶のうち５個の結晶で別の容易軸への飛び移りを生じている。このために界面を含む副格子の磁気モーメントの平均はＭＲハイト方向と反対の方向となる。したがって、ＡＰ１は当初とは逆方向にバイアス磁界を受けることになり、ＡＰ１の磁気モーメントは当初の状態から反転する。これが固定層磁化反転におけるＡＦＭの磁気構造の変化である。
【００４６】
上記説明は、製造段階で磁化反転が発生した場合であるが、プロセス中に受けたダメージの度合いが小さい場合は、図１０の右の図で数個の結晶で別の容易軸への飛び移りが生じているものと考えられる。したがって、通常の検査では異常とは判定されないが、実使用時に機械的な衝撃を受けた場合に磁化反転が生じやすくなっているのである。
【００４７】
スピンバルブ膜１１がダメージを受けているかどうかは、外部磁界に対する抵抗変化曲線（トランスファーカーブ）を測定することで検査できる。しかし従来の手法では自由層を評価することを目的としていることから印加磁界は高々数百Ｏｅ（２０〜３０ｋＡ／ｍ）程度である。スピンバルブ型磁気抵抗効果ヘッドの固定層磁化方向は外部磁界に対して変化しにくい特性を持つため、少なくとも１kＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の高磁界を必要とする。図１及び図２はＧＭＲヘッドの媒体対向面へ垂直に磁界を±１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）印加したときの抵抗変化を示す。固定層２１がダメージを受けていない場合は図１のような抵抗変化曲線（トランスファーカーブ）を示す。対して図２はヒステリシスを持つ波形であり、このような特性のヘッドは機械的衝撃を与えると固定層磁化方向の反転を引き起こしやすく、出力反転が発生する。
【００４８】
この現象は固定層２１の磁気弾性効果の影響と考えられる。外部から応力を受けることで固定層２１への応力方向が変わり磁化方向を変化させる。このとき固定層２１は反強磁性層２０との結合により磁化方向は固定されていたが、ＡＦＭを構成する各結晶は２回対称であったり３回対称であったりすることによる磁化容易軸を持っており、かつＥｕ，Ｅｊ，Ｅｋが何らかのダメージ履歴により必要以上に低下している場合、エネルギー障壁を乗り越えて外部応力による固定層２１の磁化方向の変化に最も近い容易軸へと固定されてしまう。従って反対方向に磁化固定してしまう場合に出力反転となる。この磁化方向反転現象は、固定層内一様に起こる場合と、部分的に起こる場合とが考えられる。後者の場合は出力反転までには至らずに出力低下として観察される。
【００４９】
さらに固定層２１の構成は単層の場合と複数層の積層フェリ構造とする場合とがあり、上記実施例のように積層フェリ構造の場合は各層間相互の複雑な要因により様々な特性を示すものと考えられる。この場合反強磁性層側の強磁性層ＡＰ１は反強磁性層２０と他方の強磁性層ＡＰ２との２面で結合している。このとき例えば反強磁性結合層２３のＲｕ部分になんらかの欠陥があれば、外部からの衝撃により全面又は部分的にフェリ磁性構造が崩れることが考えられる。この場合も出力反転現象または出力低下として観察される。積層フェリ構造の場合は反強磁性層２０との関係も考慮すればあるいはさらに複雑な特性を示すことになる。これらのような場合でもトランスファーカーブの形状を観察することにより容易に良否を判別することが可能である。
【００５０】
固定層の磁化状態を観察する方法としては、前記したようにヘッド素子へ外部磁界を与えたときの抵抗変化を測定することが最も簡便な方法である。そして外部磁界は少なくとも１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の高磁界を印加できる必要がある。実施する段階はウエハ、スライダ、ＨＧＡ、ＨＳＡ、ＨＤＤ等ほぼ全ての工程で適用できる。
【００５１】
第１の方法は、磁界を印加するための機構と、ヘッド素子へ定電流を流すための機構を設け、ヘッドの媒体対向面へ交番磁界磁場を印加しながらヘッド素子の電圧を測定する。磁場強度は少なくとも±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上印加出来るものとする。磁場の変化に対する抵抗変化が電圧変化として読み取れ、その波形のヒステリシスの度合いを検査する。
【００５２】
他の方法としては、磁界を印加するための機構と、ヘッド素子へ定電圧を印加するための機構を設け、ヘッドの媒体対向面へ交番磁場を印加しながらヘッド素子へ流れる電流を測定する。磁場強度は少なくとも±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上印加出来るものとする。磁場の変化に対する抵抗変化が電流変化として読み取れ、その波形のヒステリシスの度合いを検査する。
【００５３】
さらに他の方法として、磁界を印加するための機構を設け、ヘッドの媒体対向面へ１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の正の磁界を印加した後と、及び１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の負の磁界を印加した後とにおいて、前記磁界よりも小さな磁界で磁界変化と抵抗変化との関係（トランスファーカーブ）を測定し、それぞれの磁界ゼロ付近での傾きの符号変化からヒステリシスの度合いを検査する。
【００５４】
磁界を印加するための機構は特に限定しないが、生産工程への適用には永久磁石を用いるとコストとスピードの観点から非常に有効である。トンネル接合型ＭＲヘッドや膜面垂直通電型ＧＭＲヘッドなど電圧ストレスに弱いタイプのデバイスは測定中の電気的ノイズにより不必要なダメージを与える可能性がある。さらに１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の磁場強度かつ検査時間短縮のために高速な磁界変化を得るには十数アンペア以上の電流をコイルへ通電しなければならず、電磁石やパワーアンプの巨大化、コストアップとなる。永久磁石を用いることにより低コストでコンパクトかつ高速な測定が可能である。
【００５５】
図３、図４、図５は永久磁石を用いた磁界印加方法の例である。図３の例では測定対象である磁気抵抗効果型磁気ヘッド１０に対して永久磁石５を相対的に回転させて極性を反転させ、さらに磁石と測定対象との距離により磁界強度を変化させている。図４の例ではＮ極とＳ極とを対向させた1対の永久磁石７を用いる。永久磁石対７を測定対象１０に対して相対的に回転させることで磁界の極性を反転させ、さらに永久磁石対７と測定対象１０との距離により磁界強度を変化させている。図５の例はＮ極とＳ極とを対向させた永久磁石対８ａ,８ｂの２つを用いる。極性の向きを反対にして並べ、その間に測定対象１０を移動させることで磁界強度を変化させる。この場合極性反転の為の回転動作を必要としない。
【００５６】
上記のとおり、ＨＤＤにはなんらかの外的要因、例えばモバイル使用を想定すれば、振る、落とす等の所作は頻繁にあるものであり、このときにＧＭＲヘッドへ機械的応力を受けても、本発明によれば固定層の磁化方向が変化しないＧＭＲヘッドを提供することができる。すなわち、出力反転や出力減少等の不良要因の発生リスクを回避することができる。また、ＧＭＲヘッド製造上のほぼ全ての段階において固定層に不良のあるものをあらかじめ除外することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例による磁気抵抗効果型磁気ヘッドに±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの抵抗変化曲線を示す図である。
【図２】固定層磁化方向にヒステリシスを持つヘッドに±１ｋＯｅ（８０ｋＡ／ｍ）以上の交番磁界を印加したときの抵抗変化曲線を示す図である。
【図３】永久磁石を用いた外部磁界印加手段の構成例を示す模式図である。
【図４】永久磁石を用いた外部磁界印加手段の他の構成例を示す模式図である。
【図５】永久磁石を用いた外部磁界印加手段の他の構成例を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施例によるＧＭＲヘッドの構成図である。
【図７】図６に示すＧＭＲヘッドのＧＭＲセンサの構成と磁気特性を決定するパラメータを示す図である。
【図８】図７に示すＧＭＲセンサの各層の異方性の容易軸方位を示す図である。
【図９】図７に示すＧＭＲセンサの各層の磁化方向を示す図である。
【図１０】固定層の磁化反転が生じる際のＡＦＭ内部の磁気モーメントを示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
５…永久磁石、
７…永久磁石対、
８ａ，８ｂ…永久磁石対、
１０…ＧＭＲヘッド、
１１…ＧＭＲセンサ、
１２…下地層、
１３…磁区制御層（永久磁石）、
１４…電極層、
１５…下部磁気シールド層、
１６…上部磁気シールド層、
２０…反強磁性層、
２１…固定層、
２２…第１の強磁性層（ＡＰ１）、
２３…反強磁性結合層（ＡＦＣ）、
２４…第２の強磁性層（ＡＰ２）、
２５…非磁性導電層（スペーサ層）、
２６…自由層（Ｆｒｅｅ）、
２７…保護層（Ｃａｐ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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